高中二年级上学期物理《能量的量子化》教学课件.pptx

⑴定义

任何物体在任何温度下都会辐射电磁波的现象。（热传递的三种方式之一）

⑵原因

物体分子无规则运动，辐射电磁波。

⑶特点

物体温度高，辐射能量本领强，电磁波的短波成份多，长波成份少。（各种波长都有）

（这种辐射是由物体的原子、分子受激发产生的，与温度有关，故称为热辐射）

例如，铁块随着温度升高：

注意：激光、日光灯发光不是热辐射

外来各种波长的辐射能

反射某些波长的辐射能

（随物而异）

吸收某些波长的辐射能

（随物而异）

（故也随物而异）

发射各种波长的热辐射能

对热辐射规律的研究显得较复杂

不透明体

热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。

红外测温仪

利用红外成像探测铀矿

红外夜视仪

外来各种波长的辐射能

无任何反射

能全部吸收各种波长的辐射能

发射各种波长的热辐射能

不透明体

假设有这样一种物体

这种假设的物体称为黑体

不透明体

如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长（不仅是可见光）的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

（1）黑体辐射的特征：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。(一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，)

（2）对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。

通过小孔进入腔内的辐射能反射回小孔出射的机会极小，几乎全部被腔壁吸收。

不透明材料空腔

开一小孔

小孔表面好比黑体

（吸收全部入射的辐射能而无反射）

从小孔表面出射的就是处于某一热平衡温度T的实验黑体的辐射能，进而探索其能谱分布规律。

分光元件（如棱镜或光栅等）将不同波长的辐射按一定的角度关系分开，转动探测系统测量不同波长辐射的强度分布。再推算出黑体单色辐出度按波长的分布。

热辐射特点

吸收、反射特点

一般

物体

辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关

既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关

黑体

辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关

完全吸收各种入射电磁波，不反射

(1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。

(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。

(3)黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。

一般材料的物体的辐射：除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。黑体辐射规律只与黑体的温度有关。所以，研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

测量黑体辐射的实验原理：

加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。

辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。

黑体辐射的实验规律：

黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示。

(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。

(2)温度升高，各种波长的辐射强度都增加；

(3)温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是根据黑体辐射与温度有关

⑴短波符合；长波不符合。

⑵长波符合；短波荒唐----紫外灾难。

德国物理学家维恩根据经典热力学，在1896年提出了一个辐射强度随波长及温度变化的半经验公式，维恩公式，得出曲线。

根据经典热力学与电磁学，物理学家瑞利在1900年也提出了一个理论公式，后经金斯改进，合称瑞利-金斯公式，得出曲线。

瑞利-金斯线

在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”。

普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。

维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。

普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。

普朗克最终在1900年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。

普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。

能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现

宏观世界中：

能量